冶金起重機(jī)作為冶金行業(yè)安全、正常生產(chǎn)必不可少的關(guān)鍵和重要設(shè)備，其工作的可靠性、安全性、先進(jìn)性一直受到人們的高度重視，但受傳統(tǒng)冶金工藝的制約，改革開放前的三十年國內(nèi)冶金起重機(jī)基本是在原蘇聯(lián)的模式下做一些小型的改進(jìn)和發(fā)展。隨著改革開放的不斷深入，大量國外先進(jìn)技術(shù)的引入，現(xiàn)代冶金起重機(jī)也發(fā)生了較大的變化。本文結(jié)合國內(nèi)冶金企業(yè)冶金工藝的改進(jìn)及最終用戶的使用要求，對冶金起重機(jī)的發(fā)展趨勢談一些看法。
冶金起重機(jī)一般人們主要指服務(wù)于冶金企業(yè)的鑄造起重機(jī)、料箱加料起重機(jī)、板坯搬運(yùn)起重機(jī)、鋼卷夾鉗起重機(jī)、磁盤起重機(jī)和服務(wù)于冶金廠工作級別較高的其它橋式起重機(jī)。由于冶金企業(yè)煉鋼、鑄坯(鑄錠)、軋鋼工藝的改變，脫錠起重機(jī)、均熱爐夾鉗起重機(jī)、剛性料耙起重機(jī)、平爐橋式加料起重機(jī)、均熱爐揭蓋起重機(jī)等傳統(tǒng)冶金起重機(jī)已逐步趨于淘汰，這里不做進(jìn)一步的分析。僅就前面幾種現(xiàn)在冶金企業(yè)大量使用的起重機(jī)其發(fā)展趨向做一些初步的分析探討。
1 發(fā)展總趨勢
1.1起重量大型化，工作速度高速化
現(xiàn)代冶金起重機(jī)發(fā)展的主要趨勢之一，是起重量大型化，工作速度高速化，隨著社會的發(fā)展對冶金企業(yè)的要求也在逐步提高，這不僅表現(xiàn)在對冶金產(chǎn)品的數(shù)量要求上，更重要的是表現(xiàn)在對冶金產(chǎn)品的質(zhì)量和品種方面，由于社會需求的增加推動(dòng)和促進(jìn)了冶金企業(yè)的技術(shù)改造和技術(shù)進(jìn)步，大型轉(zhuǎn)爐、連鑄、連軋技術(shù)的應(yīng)用，對冶金起重機(jī)的大型化和高速度提出了更高的要求，現(xiàn)就國內(nèi)主要冶金起重機(jī)生產(chǎn)企業(yè)鑄造起重機(jī)的發(fā)展情況做一簡單的統(tǒng)計(jì)：
從上表可以看出，五十年來主鉤起升速度和起重量均有較大幅度的提高。
1.2 起升、運(yùn)行機(jī)構(gòu)均采用調(diào)速系統(tǒng)
早在70～80年代，隨著交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和成熟，國外各著名起重機(jī)制造廠紛紛推出各機(jī)構(gòu)調(diào)速的承諾。
調(diào)速范圍因采用的調(diào)速方式不同而不同。
現(xiàn)設(shè)計(jì)大量使用的是定子調(diào)壓和變頻調(diào)速系統(tǒng)，起升機(jī)構(gòu)以定子調(diào)壓為多，運(yùn)行機(jī)構(gòu)以變頻為多。機(jī)構(gòu)采用調(diào)速以后具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：
a) 機(jī)構(gòu)起、制動(dòng)平穩(wěn) 當(dāng)機(jī)構(gòu)起、制動(dòng)時(shí)僅以正常速度的1／10或1／20微速起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，被吊物體平穩(wěn)運(yùn)行，對起吊鋼水包的鑄造起重機(jī)特別有利；
b) 可有效減少制動(dòng)器閘塊的磨損；
c) 被吊物體能準(zhǔn)確定位；
d) 減少對金屬結(jié)構(gòu)(橋架或小車架)和傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊，延長使用壽命；
e) 可有效改善操作工人的工作環(huán)境；
f) 減少起動(dòng)對電網(wǎng)的沖擊。
使用調(diào)速系統(tǒng)后也帶來如下問題：
a) 起重機(jī)的造價(jià)提高；
b) 對維修電工的技術(shù)水平要求較高。
雖然采用調(diào)速系統(tǒng)后會增加設(shè)備成本，加大維修難度，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，調(diào)速系統(tǒng)的造價(jià)也在逐步降低，而其優(yōu)越性卻越加明顯。系統(tǒng)調(diào)速以后，其工作情況的改變?yōu)槠浒l(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
1.3監(jiān)測傳感控制技術(shù)廣泛應(yīng)用，使用性能和可靠度大大提高
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各種監(jiān)測、傳感控制技術(shù)在冶金起重機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用，從而使起重機(jī)的使用性能得到很大的提高，使冶金起重機(jī)從以前簡單意義上物料搬運(yùn)工具變成目前的物流、信息流綜合傳送設(shè)備。
1.3.1秤量裝置：
在鑄造起重機(jī)上設(shè)置數(shù)字式秤量裝置，小顯示屏放在司機(jī)室內(nèi)，大顯示屏設(shè)在主端梁下，朝向地面，使盛鋼桶內(nèi)的鋼水重量隨時(shí)顯示，該數(shù)據(jù)聯(lián)到計(jì)算機(jī)房內(nèi)，一方面可累計(jì)每日的產(chǎn)量，另一方面可根據(jù)連續(xù)板坯的大小、塊數(shù)來決定盛鋼桶應(yīng)盛放的鋼水量，減少浪費(fèi)。隨著各種大型高精度電子秤的應(yīng)用，冶金起重機(jī)在搬運(yùn)物品的同時(shí)，還可完成產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)、超載斷電和報(bào)警等功能。
1.3.2故障顯示、記錄、打印裝置
在連續(xù)生產(chǎn)的鋼鐵企業(yè)里，時(shí)間就是金錢。在起重機(jī)出了故障后，希望維修時(shí)間減至最短。
故障顯示裝置可將正發(fā)生故障的部、零件名稱在司機(jī)室內(nèi)的顯示屏上顯示出來，維修人員立即知道故障發(fā)生的部位，可大大縮短維修時(shí)間。
易出故障的電氣和機(jī)械的零部件，由業(yè)主列出清單，起重機(jī)制造廠按業(yè)主要求設(shè)置故障顯示點(diǎn)，一旦被監(jiān)測零部件出現(xiàn)故障，就會在屏幕上顯示出來，避免更大故障的發(fā)生。該裝置除具有顯示功能外，還具備記錄、打印功能，備查找故障原因，落實(shí)核對責(zé)任的需要。
1.3.3 二、三維定位裝置
吊具在空間的位置可通過本裝置在司機(jī)室內(nèi)的顯示屏上顯示，定位精度可控制在±10mm以下，可滿足各類自動(dòng)作業(yè)線的工藝要求。
司機(jī)可通過顯示屏上顯示的數(shù)字直觀地確定吊具或物體是否已到達(dá)該物體應(yīng)到達(dá)的位置，大大縮短起吊時(shí)間，也避免物體的晃動(dòng)，可有效提高生產(chǎn)效率。
1.3.4 防碰撞裝置
過去為防止二臺起重機(jī)碰撞，僅安裝限位開關(guān)和緩沖器，現(xiàn)有激光式或雷達(dá)式防碰撞裝置。在一臺起重機(jī)設(shè)發(fā)射裝置，在另一臺起重機(jī)設(shè)接受或反射裝置，達(dá)到預(yù)先設(shè)定的間距時(shí)，就發(fā)出報(bào)警，避免發(fā)生相撞。
1.3.5 安全制動(dòng)器
在吊運(yùn)重要物體，如：核原料、液態(tài)金屬、大水電站的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子等，起重機(jī)的主起升機(jī)構(gòu)的卷筒上設(shè)置安全制動(dòng)器。在該卷筒一側(cè)法蘭的輪緣上根據(jù)制動(dòng)力矩的需要可設(shè)置一對、二對甚至三對瓦塊，由專設(shè)的液壓站進(jìn)行控制。起動(dòng)時(shí)，安全制動(dòng)器先打開，設(shè)在高速軸上的工作制動(dòng)器后打開。制動(dòng)時(shí)，工作制動(dòng)器先制動(dòng)，安全制動(dòng)器滯后幾秒再制動(dòng)。安全制動(dòng)器的作用是保證工作制動(dòng)器與安全制動(dòng)器之間所有傳動(dòng)鏈環(huán)節(jié)中任一傳動(dòng)件損壞或斷裂時(shí)，被吊物件均可安全。
把各種監(jiān)測、傳感技術(shù)適當(dāng)?shù)貞?yīng)用在起重機(jī)上，實(shí)現(xiàn)對冶金起重機(jī)的有線或無線控制，既是現(xiàn)代冶金起重機(jī)發(fā)展的方向，同時(shí)也應(yīng)成為個(gè)設(shè)計(jì)工作者應(yīng)該努力的目標(biāo)。
1.4 控制技術(shù)程序化，遙控技術(shù)在特殊環(huán)境中使用
隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展和日臻完善，實(shí)現(xiàn)程序化控制的起重機(jī)也已成為可能，且其控制范圍變得日益廣泛，控制功能變得日益完善，各種冶金起重機(jī)按照人們事先約定的模式執(zhí)行一定的工作任務(wù)已成為現(xiàn)實(shí)。為了更準(zhǔn)確、即時(shí)的完成各種工作任務(wù)，各種冶金起重機(jī)通過有線或無線與主控設(shè)備聯(lián)動(dòng)。在主控室控制已成為可能，遙控冶金起重機(jī)和程控冶金起重機(jī)已在部分冶金企業(yè)中使用。遙控冶金起重機(jī)一般用在一些高粉塵、高污染的危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)，如武鋼一煉鋼出渣跨、珠江鋼廠、八一鋼廠等都有遙控起重機(jī)在用。而程控冶金起重機(jī)一般用在一些作業(yè)效率較高的場合。為提高起重機(jī)的使用壽命，減小沖擊、提高操作的準(zhǔn)確性、運(yùn)行效率和改善司機(jī)的操作環(huán)境，寶鋼三期工程中的1580、干熄焦提升機(jī)等都有一定范圍的使用，程控起重機(jī)和遙控起重機(jī)將得到一定的發(fā)展，并逐步被冶金企業(yè)所采用。
1.5 結(jié)構(gòu)型式標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)模式國際化
我們之所以把“結(jié)構(gòu)型式標(biāo)準(zhǔn)化，生產(chǎn)模式國際化”作為現(xiàn)代冶金起重機(jī)的主要發(fā)展趨勢提出，主要出于以下兩方面的考慮：
a) 市場經(jīng)濟(jì)對冶金起重機(jī)的客觀要求 由于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行體制已由計(jì)劃轉(zhuǎn)向了市場，這樣為設(shè)備采購單位在短時(shí)間內(nèi)利用招投標(biāo)形式選擇質(zhì)優(yōu)、價(jià)低產(chǎn)品提供了有力和有利的條件，設(shè)備生產(chǎn)廠沒有結(jié)構(gòu)型式的標(biāo)準(zhǔn)化和生產(chǎn)模式的國際化就很難達(dá)到用戶的要求；
b) 信息、通信技術(shù)的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)型式標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)模式國際化提供了充分的物質(zhì)和技術(shù)支持。實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)型式的標(biāo)準(zhǔn)化還可以把經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)成熟可靠的結(jié)構(gòu)型式應(yīng)用于新的產(chǎn)品中，避免結(jié)構(gòu)型式的不合理產(chǎn)生的技術(shù)質(zhì)量問題，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
1.6 吊車型式普通化、吊具型式專用化
把“吊車型式普通化、吊具型式專用化”作為現(xiàn)代冶金起重機(jī)的一個(gè)發(fā)展趨勢提出，主要是出于冶金企業(yè)鑄坯軋制技術(shù)的更新，即由傳統(tǒng)的鑄錠→脫錠→鋼錠加熱→初軋→熱軋，到現(xiàn)在的連鑄→連軋。配合傳統(tǒng)工藝時(shí)，冶金企業(yè)需要有：橋式加料起重機(jī)、料箱加料起重機(jī)、鑄造起重機(jī)、脫錠起重機(jī)、均熱爐鉗式起重機(jī)、均熱爐揭蓋起重機(jī)、板坯夾鉗起重機(jī)、剛性料耙起重機(jī)、(含磁盤)鋼卷夾鉗起重機(jī)等多種起重機(jī)來完成其工藝過程，而采用連鑄→連軋工藝時(shí)，冶金廠只要有料箱加料、鑄造、板坯夾鉗、鋼卷夾鉗等幾種起重機(jī)即可完成全部工藝過程中的物料搬運(yùn)，使吊車型式得到極大的簡化。由于冶金產(chǎn)品品種需求的多樣性，各種專用吊具也應(yīng)用而生，如配合精整跨的臥卷吊具、立卷吊具、自對中立卷吊具、揭蓋吊具、L型鉤鋼板吊具、C型鉤，與可人控旋轉(zhuǎn)的吊鉤配合使用，可實(shí)現(xiàn)多種操作功能。
1.7人機(jī)工程合理化、操作環(huán)境舒適化
隨著社會的進(jìn)步，環(huán)保意識和勞動(dòng)保護(hù)意識的提高，冶金起重機(jī)設(shè)計(jì)過程中把人機(jī)工程及操作環(huán)境舒適要求提到了較高的要求，如：司機(jī)室加裝冷、暖空調(diào)、隔熱保護(hù)、地面無線遙控、車上有線和無線通訊、航空座椅、司機(jī)休息室，上、下吊車全部采用斜梯、電氣室加裝隔熱防護(hù)和冷風(fēng)機(jī)，較窄的人行通道采取防滑措施，經(jīng)常檢修部分加裝吊籠等都為操作維護(hù)人員提供了較好的工作環(huán)境和條件。特別是雙層壁、雙層玻璃的司機(jī)室與可躺式航空座椅、冷暖空調(diào)、有線、無線通訊配合使用。為改善司機(jī)的工作條件、提高工作效率、減少工作失誤起到了很好的作用。人機(jī)工程合理化正逐步成為現(xiàn)代冶金起重機(jī)發(fā)展的主要趨勢之一，越來越引起人們的重視。
2.典型結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)型式的分析和認(rèn)識
2.1鑄造起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢
鑄造起重機(jī)主傳動(dòng)采用星形減速機(jī)應(yīng)成為現(xiàn)代鑄造起重機(jī)發(fā)展的趨勢。現(xiàn)在在用的鑄造起重機(jī)大部分是采用棘輪棘爪傳動(dòng)，之所以采用棘輪棘爪的傳動(dòng)有兩個(gè)原因，一是棘輪棘爪對保證鑄造起重機(jī)的安全運(yùn)行確有其優(yōu)點(diǎn)。二是星形減速機(jī)最初在鑄造起重機(jī)上使用時(shí)連續(xù)出過幾次問題，冶金部專門下文對星形傳動(dòng)予以停用。經(jīng)過幾十年的反思，以及星形減速機(jī)在進(jìn)口鑄造起重機(jī)上使用驗(yàn)證的良好業(yè)績和控制監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展。
我們認(rèn)為星形傳動(dòng)在鑄造起重機(jī)上的應(yīng)用將逐步擴(kuò)大，原因有二，其一星形傳動(dòng)基本具備原棘輪棘爪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，還可實(shí)現(xiàn)單電機(jī)長時(shí)間連續(xù)安全運(yùn)行；其二對以前星形傳動(dòng)造成事故的原因的認(rèn)識逐步趨于一致，即結(jié)構(gòu)性問題而非原理性問題，只要通過改進(jìn)和完善設(shè)計(jì)就可以避免，加之電氣控制監(jiān)測技術(shù)的進(jìn)步，星形傳動(dòng)的安全運(yùn)行已經(jīng)可以得到有效的保證。
2.2 板坯夾鉗起重機(jī)的夾鉗裝置
重力夾鉗、電動(dòng)開閉的重力夾鉗、動(dòng)力夾鉗三種夾鉗裝置中，動(dòng)力夾鉗因其成本較高，擴(kuò)大推廣受到一定的影響，但由于其優(yōu)越的工作性能，特別是鉗口可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的三維跟蹤、可靠夾起梯形坯、較高的工作效率和不損失起升高度，為實(shí)現(xiàn)冶金企業(yè)的自動(dòng)化具有無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。因而我們認(rèn)為動(dòng)力式板坯夾鉗起重機(jī)在現(xiàn)代冶金起重機(jī)發(fā)展上將占越來越重要的作用。
2.3橋架、小車架整體加工：
橋架、小車架包括一些大型結(jié)構(gòu)件整體加工是保證冶金起重機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)重要措施和有效途徑。由于冶金起重機(jī)工作的特殊性，對質(zhì)量提出了較高的要求，小車架整體加工指焊在小車架上的電動(dòng)機(jī)底座，制動(dòng)器底座，減速器支承座，卷筒支承座，和小車車輪支承座等機(jī)座一次性地劃線加工而成，相互間的形位、尺寸公差由機(jī)床保證，因此裝配工作變得特別簡單。只要把電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器、卷筒、車輪就位即可，不像舊的辦法，它們間的形位、尺寸誤差靠塞墊片來調(diào)節(jié)。
簡而言之，這些部件間的形位公差由機(jī)床精度保證與裝配工人的技術(shù)等級無關(guān)，排除了人為因素，因而大大提高了裝配精度和使用性能，同時(shí)也大大縮短了用戶的維修時(shí)間。
2.4 基礎(chǔ)傳動(dòng)與控制
隨著冶金工業(yè)的連續(xù)化生產(chǎn)，要求冶金起重機(jī)具有可靠性高，調(diào)試及定位性能好，具有故障自診斷，操作平穩(wěn)舒適等功能，其控制結(jié)構(gòu)為：工業(yè)PC機(jī)+PLC+基礎(chǔ)傳動(dòng)。基礎(chǔ)傳動(dòng)采用變頻調(diào)速。運(yùn)行過程由傳統(tǒng)的人為速度控制將逐步過度到準(zhǔn)確的PLC位置控制，工作信息將自動(dòng)傳給上位機(jī)(工業(yè)PC)，最終與整個(gè)工廠的管理和控制系統(tǒng)相聯(lián)是冶金起重機(jī)基礎(chǔ)傳動(dòng)與控制發(fā)展的主要趨勢。
2.4.1基礎(chǔ)傳動(dòng)
基礎(chǔ)傳動(dòng)將以全數(shù)字式可控硅定子調(diào)壓調(diào)速，變頻調(diào)速為主導(dǎo)。起升機(jī)構(gòu)將采用調(diào)壓調(diào)速或無逆變失敗的可逆變式變頻調(diào)速(例如西門子AFE)，運(yùn)行將以變頻調(diào)速為主。
2.4.2自動(dòng)控制：
PLC將完成所有自動(dòng)控制的功能，通過現(xiàn)場總線(如PROFIBUS)實(shí)現(xiàn)對各機(jī)構(gòu)調(diào)速裝置的速度及定位控制，該方式通訊信息量大，連線簡單，可靠性高。對于板坯連鑄使用的板坯夾鉗連續(xù)自動(dòng)堆垛，連軋后的鋼卷連續(xù)自動(dòng)堆垛，PLC將根據(jù)設(shè)定，自動(dòng)完成定時(shí)、定位自動(dòng)夾坯，自動(dòng)定位堆垛，整個(gè)過程將自動(dòng)完成，重復(fù)循環(huán)，系統(tǒng)將具有自診斷功能，以確保運(yùn)行可靠性。故障時(shí)，可切換到司機(jī)人工操作，并隨時(shí)從任一工藝流程點(diǎn)切入自動(dòng)過程，這將使效率更高，設(shè)備運(yùn)行更合理。
2.4.3 故障監(jiān)測與控制；
裝在司機(jī)室的 PC機(jī)或觸摸屏人機(jī)界面，將能夠顯示各機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)故障信息，并可在PC機(jī)上設(shè)置工藝要求指令，下載至PLC。啟動(dòng)自動(dòng)控制功能，實(shí)現(xiàn)工藝要求的自動(dòng)控制過程。工業(yè)PC機(jī)還可通過通訊實(shí)現(xiàn)與工廠管理網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理自動(dòng)化。